Inleiding
Sinds de vijftiger jaren heeft de kalver-mesterij in ons land een sterke groei door-gemaakt met als direkt gevolg een toename van de mestproduktie van 172.000 ton in 1960 tot 1.036.000 ton in 1977 [1]. De potentiële vervuilingswaarde van de in Nederland geproduceerde kalvermest komt overeen met ca. 400.000 i.e. Welk gedeelte hiervan als overschot moet worden be-schouwd is onbekend.
De ontwikkeling wordt gekenmerkt door schaalvergroting en centralisatie van de
be-A. F. M. VAN VELSEN Landbouwhogeschool Wageningen E. VAN 'T OEVER Landbouwhogeschool Wageningen G. LETTINGA Landbouwhogeschool Wageningen
drijven: zo is in Gelderland ongeveer de helft van het aantal kalverplaatsen van Nederland geconcentreerd. De intensivering van de kalvermesterij heeft ertoe geleid, dat in concentratiegebieden niet voldoende landbouwgrond aanwezig is om de mest op verantwoorde wijze uit te rijden. Teneinde het mestoverschot zo goedkoop mogelijk kwijt te raken wordt in een aantal gevallen een zware overbemesting toegepast, waarbij in feite sprake is van het dumpen van mest. Aan de zware overbemesting zijn een aantal nadelen verbonden, niet alleen van agra-rische, maar ook van milieuhygiënische aard (stankhinder, oppervlaktewater- en, op de langere termijn, grondwaterverontreiniging). In vergelijking met andere mestsooften is kalverdrijfmest nogal verdund (droge stof gehalte 1 tot 1,5 % ) . Transport van de mest naar gebieden, waar het voor de bemesting kan worden aangewend, wordt daarom al gauw onrendabel.
Een biologische behandeling van de mest biedt goede perspectieven voor een ver-mindering van het probleem van het mest-overschot.
Bij een dergelijke behandeling wordt ge-streefd naar (a) een zo groot mogelijke
volumereductie van het af te voeren mate-riaal (slib), (b) het produceren van een bij voorkeur loosbaar effluent en (c) een der-mate goede stankredüctie, dat beide eind-produkten geen aanleiding kunnen geven tot stankoverlast.
Aerobe behandeling van kalverdrijfmest is onder meer onderzocht door Van Faassen [2] en wordt momenteel op een aantal be-drijven toegepast. In Elspeet is bovendien een centrale aerobe voorzuiveringsinstallatie voor de verwerking van de mest van
ca. 5.000 kalveren in bedrijf. De aerobe behandeling is een 'consumptief' proces: het beluchten vergt energie (momenteel 11,5 k W h / m3 mest), terwijl daarenboven gebonden stikstof verloren gaat door nitrifi-kaltie/denitrifikatie processen. Een vér-gaande arnmonium-stikstof verwijdering wordt bij aerobe behandelingssystemen juist nagestreefd, omdat de heffing op de lozing van het effluent mede is gebaseerd op het ammonium stikstof gehalte.
Aangezien mag worden verwacht, dat de prijs van energie en gebonden stikstof in de naaste toekomst sterk zal stijgen, is het van belang de toepassing van andere — weinig of geen energie verbruikende en voor terug-winning van stikstof geschikte — zuiverings-methóden te overwegen. Men kan hier in de eerste plaats denken aan de toepassing van methaangisting. De vergisting van kalver-drijfmest in een conventionele rioolslib-vergisitingsinstallatie is echter niet aan-trekkelijk vanwege de lange verblijftijd (min. 10 dagen) en het lage droge Stof gehalte van kalverdrijfmest.
De toepassing van de 'opstroomreaktor', zoals sinds kort in gebruik voor de (voor)-zuivering van bietsüi'kerafvalwater [8], kan echter goede perspectieven bieden. Kalver-drijfmest verschilt in zoverre van de meeste andere, reeds in de opstroomreaktor onder-zochte afvalwaterstromen, dat een aan-zienlijk gedeelte van het CZV (40 - 60 %) in onopgeloste toestand aanwezig is. Op grond van deze overwegingen is op de Afdeling Waterzuivering van de Landbouwhogeschool een oriënterend laboratorium-onderzoek uitgevoerd naar de toepassingsmogelijk-heden van de methaangisting in een op-stroomreaktor bij de verwerking van kalver-drijfmest.
Toepassing van methaangisting bij de verwerking van kalverdrijfmest Bij het methaangistingsproces wordt de afbreekbare organische stof omgezet in methaan en kooldioxide. Het proces verloopt via een drietal opeenvolgende stappen, nl. hydrolyse, zuurvorming en methaanvorming, die bij een goed ingewerkt proces gelijktijdig en naast elkaar plaatsvinden.
Door hydrolyse worden onopgeloste
organische bestanddelen m.b.v. exo-enzymen in oplossing gebracht. In de volgende om-zettingsfase worden opgeloste, organische bestanddelen, zoals suikers, aminozuren en vetzuren, door zuurvormende micro-organismen omgezet in waterstof, kool-dioxide en een aantal laagmoleculaire organische stoffen zoals vluchtige vetzuren en alcoholen. Tenslotte worden de Pro-dukten van de zuurvorming door methaan-vormende bacteriën — al dan niet in samen-werking met andere micro-organismen — omgezet in methaan en kooldioxide. Voor een vollediger inzicht in de processen, die een rol spelen bij de methaangisting en de interakties tussen de verschillende bio-chemische processen wordt verwezen naar de literatuur [3, 4, 5, 6].
Het typische kenmerk van de methaangisting is de omzetting van organische stof in het zgn. biogas, dat door een hoog gehalte aan methaan (60 - 90 %) uitstekend als brandstof gebruikt kan worden.
Tegenover de energieprodüktie van het proces staat echter ook een energie-con-sumptie. Omdat het gistingsproces goed ver-loopt bij temperaturen boven ca. 25 °C en er tijdens de methaangisting door de bacteriën vrijwel geen warmte wordt ge-produceerd, moet de mest — eventueel m.b.v. het geproduceerde gas — opgewarmd worden van 10 - 15 °C (opslagtemperatuur) tot 25 à 30 °C.
In vergelijking met het aerobe proces is de surplusslib productie bij het methaan-gistingsproces laag, zodat de kosten van slib-afvoer en een eventuele slibverwerking ringer zijn. Een nadelig aspekt van de ge-ringe slibaanwas is echter, dat het aanlopen van het proces en het herstel na een even-tuele verstoring geruime tijd in beslag kan nemen.
Bij het anaerobe proces spelen de zuurstof-inbreng en het zuurstof transport, die be-langrijke limiterende factoren kunnen zijn bij aerobe omzettingen, geen rol. Door het handhaven van een hoge concentratie aan aktief bacteriemateriaal in de gistingsruimte, wat in de praktijk thans ook voor weinig geconcentreerd 'opgelost' afvalwater zeer goed mogelijk blijkt bij de toepassing van de opstroomreaktor, kunnen daarom zeer hoge volumebelastingen (5 tot 40 kg CZV/m3, dag) worden toegepast [7, 8, 9, 16]. Het gistingsproces Vindt plaats in een afge-sloten ruimte, zodat er geen stankoverlast zal optreden. Eventuele stankveroorzakende stoffen, die bij het proces in het gevormde gas geraken, kunnen m.b.v. een gaswas-systeem op eenvoudige wijze worden ver-wijderd, temeer daar het gasdebiet gering is. Bij de vergisting van varkensdrijfmest is geconstateerd, dat de voor de stank ver-antwoordelijke stoffen in aanzienlijke mate worden geëlimineerd [10]. Verwacht mag
60
worden, dat dit ook voor kalverdrijfmest het geval zal zijn.
Tijdens de anaerobe behandeling blijft het gehalte aan Kjeldahl-stikstof vrijwel con-stant. Wel wordt de organisch gebonden stikstof grotendeels omgezet in ammonium-stikstof. Aangezien het gehalte aan ammo-nium-stikstof belangrijk is zowel voor het verlenen van een lozingsvergunning als voor de berekening van de lozingsheffing, zal er een stikstofverwijdering — bij voorkeur ge-combineerd met een stikstofterugwinning — moeten plaatsvinden alvorens het effluent van een mestvergistingsinstallatie op het oppervlaktewater wordt geloosd. De meest aangewezen manier om ammo-nium-stikstof uit het effluent van anaerobe installaties te verwijderen lijkt momenteel het 'uitblazen' in de vorm van ammoniak (NHs-strippin'g), omdat de stikstof na ver-gisting grotendeels in ammonium-vorm voorkomt en gezien de omstandigheid, dat het anaerobe proces wordt uitgevoerd bij een verhoogde temperatuur, nl. ca. 30 °C [11], hetgeen voor het stripproces gunstig is. Het stripproces moet bij een verhoogde pH worden uitgevoefd, omdat het evenwicht N H4+ + O H - ç± N H3 + H20 dan rechts ligt. Wanneer men de pH m.b.v. kalk verhoogt, wordt fosfaat neergeslagen, zodat een combinatie van N- en P-verwijdering wordt verkregen. De uitgedreven ammo-nium-stikstof kan worden teruggewonnen in de vorm van een geconcentreerde ammonium-zout oplossing [11, 12, 13]. Een totaal zuiveringssysteem voor kalver-drijfmest en soortgelijke afvalstromen, ge-baseerd op de methaangisting, is schematisch weergegeven in afb. 1. Vooralsnog lijkt een dergelijk systeem vanwege economische en organisatorische redenen alleen aantrekkelijk voor een toepassing op grote schaal, bv. bij een centrale verwerking van mest. Het hier beschreven onderzoek beperkt zich tot de toepassingsmogelijkheden van methaangisting bij gebruik van een op-stroomreaktor.
Doelstelling onderzoek
Het doel van het onderzoek is drieledig, nl.: — bepalen van de vergistbaarheid van kalverdrijfmest;
— vaststellen van de invloed van de temperatuur en de belasting op het gistings-proces;
— verkrijgen van inzicht in de toepassings-mogelijkheden van de opstroomreaktor bij de vergisting van kalverdrijfmest, een sub-straat dat voor een deel bestaat uit onopgeloste bestanddelen. Uitvoering onderzoek
Het onderzoek werd uitgevoerd in 2
op-methaangas i methaan gisting kalk f kalkdosering bezinking
i
kalk en fosfaa rijk slib kalvermest t - . NH3-stripping nazuivering NH3-~NH4-zoutAfb. 1 - Schema voor de zuivering van kalverdrijfmest, gebaseerd op methaangisting. stroomreaktoren met een inhoud van resp.
22 liter (diameter 20 cm, hoogte 80 cm) en 25 liter (diameter 20 cm, hogte 90 cm). Het principe en de werking van de opstroom-reaktor is reeds eerder uitvoerig beschreven [, 9, 14].
De 22-liter reaktor was opgesteld in een 30 °C ruimte. In de reaktor werd inter-mitterend geroerd. Als entmateriaal werd uitgegist fioolslijk, afkomstig van de riool-waterzuiveringsinstallatie Ede, gebruikt. Aanvankelijk werd een belasting van 0,8 kg CZV/m8, dag toegepast. Op dag 11 werd de belasting verdubbeld tot 1,6 kg C Z M / m3, dag (hydr. verblijftijd 5,9 dagen, slibbe-lasting 0,057 kg CZV/kg slib, dag). Daarna werd de belasting trapsgewijs (zie tabel 2) opgevoerd tot 6,7 kg CZV/m3, dag (hydrau-lische verblijftijd 1,4 dagen, slibbelasting 0,485 kg CZV/kg Slib, dag).
In de 25-liter opstroomreaktor werd de ver-gisting bij een temperatuur van 25 °C onder-zocht. In de reaktor werd gedurende een periode van 55 dagen een belasting van 1,9 kg CZV/m3, dag (hydraulische verblijf-tijd 5,0 dagen, slibbelasting 0,103 kg CZV/kg slib, dag) toegepast.
De bij het onderzoek gebruikte mest was afkomstig van uitsluitend jonge dieren en werd betrokken van het Instituut voor Landbouwkundig Onderzoek van Bio-chemische produkten (ILOB). Om een zo gelijkmatig mogelijke samenstelling van de mest tijdens de experimenten te waar-borgen, werd aan het begin van de onder-zoeksperiode ca. 8 m3 mest gezeefd (zeef-diameter 2 mm) en opgeslagen bij buiten-temperatuur (0 - 10 °C). In tabel 1 zijn de belangrijkste karakteristieken van de mest weergegeven. Gebleken is, dat de samen-stelling weinig veranderde tijdens de duur van het onderzoek. Aangezien de samen-stelling van de bij het onderzoek gebruikte mest nogal afweek van die van bedrij f smest (jonge en oude dieren) [15], werd in een apart experiment de vergistbaarheid van de bij het onderzoek gebruikte mest vergeleken met die van kalverdrijfmest, afkomstig uit het opslagbassin van de centrale voor-zuiveringsinstallatie in Elspeet. De
belang-TABEL I - Samenstelling van kalverdrijfmest van verschillende herkomst. Herkomst mest pH CZV totaal CZV supernatant CZV vetzuren BZV NH4+-N N totaal indamprest gloei rest (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)
(%)
ILOB* 8,2 9500 3100 2040 3600 940 1080 6660 57 Elspeet ** 7,5 10100 6100 5700 4900 1960 2240 11000 35* Gemiddelde analyse van de mest, gebruikt tijdens het onderzoek.
** Mest, afkomstig van het opslagbassin van de centrale praktijkinstallatie voor de beluchting van kalverdrijfmest in Elspeet.
rijkste karakteristieken van de bedrijfs-mest zijn eveneens weergegeven in tabel I. Resultaten en bespreking
Het verloop van de gisting tijdens het 30 "C-experiment is weergegeven in afb. 2 aan de hand van de gasproduktie en de vluchtige vetzuren concentratie in het effluent. Het blijkt, dat na het starten van de voeding de gasproduktie onmiddellijk begint, maar na korte tijd duidelijk afneemt. Hierin komt geen verbetering wanneer op dag 11 de belasting wordt verdubbeld tot 1,6 kg CZV/m3, dag.
Gedurende de eerste 12 dagen van het experiment komen er nauwelijks vluchtige vetzuren voor in het effluent. Dit kan wellicht worden verklaard uit het feit, dat tijdens deze periode het effluent uitsluitend bestaat uit slibwater afkomstig van het ent-slib. Pas na 12 dagen, wanneer de reaktor eenmaal geheel is doorgestroomd met kalverdrijfmest, neemt de concentratie aan vluchtige vetzuren in korte tijd toe tot 3100 mg vetzuur-CZV/1. Vrijwel gelijktijdig begin ook de gasproduktie toe te nemen. Na ca. 50 dagen is er sprake van een goed verlopend gistingsproces: de concentratie aan vluchtige vetzuren heeft dan weer een laag niveau bereikt en de gasproduktie is vrijwel konstant geworden.
Bij de stagnatie van de gisting tijdens de opstartperiode werd waarschijnlijk niet
92 108 tijd (dagen) ^6,7 belasting (kgCZV/m^d) 1,4 hydr verblijf-tijd ( d )
Afb. 2 - Procesverloop van het continu gevoede vergistingsexperiment bij 30 "C. alleen de methaanvorming, maar ook de
hydrolyse en/of de zuurvorming geremd. Dit kan worden afgeleid uit het feit, dat het percentage zuurvorming, berekend volgens onderstaande formule, tijdens de opstart-periode (58 % op dag 30) aanzienlijk lager is dan bij een goed verloop van het proces (83 % op dag 50).
% zuurvorming =
CH4-produktie+afvoer van vluchtige vetzuren in effluent (in g CZV/dag)
x 100 toevoer organische stof
(in g CZV/dag)
De reden van de stagnatie is niet bekend. Aangezien kalverdrijfmest wat betreft de samenstelling nogal verschilt van primair en secundair rioolslib, heeft het entslib waarschijnlijk enige tijd nodig om zich aan te passen aan het nieuwe substraat. Mogelijkerwijs speelt ook de adaptatie aan antibiotica hier een rol. Deze stoffen kunnen in aanzienlijke hoeveelheden aanwezig zijn in de mest van jonge kalveren als gevolg van een extra antibiotica-toediening met het voer in het begin van de mestperiode.
Na het bereiken van een goed verlopend gistingsproces werd de belasting trapsgewijs verhoogd tot 6,7 kg CZV/m3, dag.
De procesomstandigheden, de gasproduktie en een aantal karakteristieken van het effluent aan het eind van elke periode zijn samengevat in tabel II.
Waarschijnlijk was de gisting bij de ver-schillende belastingen nog niet volledig stationair. Zo is het mogelijk, dat de methaanproduktie bij een belasting van 1,6 kg CZV/m3, dag (3,13 1 CH4/1 mest) enigs-zins te hoog is als gevolg van de vergisting van eerder, tijdens de stagnatieperiode, ingevangen vaste bestanddelen.
Uit het experiment, waarin de
vergistbaar-TABEL II - Procesomstandigheden en resultaten van de vergistingsexperimenten met kalverdrijfmest.
30 4,0 2,4 30 6,7 1,4 25 1,9 5,0 Procesomstandigheden Temperatuur (°C) 30 Belasting (kg CZV/ m3, dag) 1,6 Hydraulische ver-blijftijd (dag) 5,9 Slibbelasting (kg CZV/kg slib, dag) 0,057 0,216 0,485 0,103 Resultaten
Periode (dag no.) 51-52 87-88 106-107 54-55 Gasproduktie (1 gas/dag) 13,6 20,9 18,5 10,5 Samenstelling gas (% CH4) 85,2 86,9 86,3 87,6 Methaanproduktie (lCH4lmest) 3,13 1,97 1,03 1,84 Effluent pH 7,4 7,6 7,9 7,8 CZV totaal (mgfl) 1330 950 1755 1500 CZV supernatant (mg/l) 880 630 1055 900 CZV vetzuren (mg/l) 210 60 150 50 BZV^mg/l) 155 90 475 235 NH4+-N(mg/1) — — 900 850 N totaal (mg/l) 935 950 990 935 Indamprest (mg/l) 3290 3100 3280 3385 Organische stof (mg/l) 2170 2230 2000 2031 Zuiveringsrendement Op basis van de CZV-verwij dering doorCH4(%) 81,1 51,1 26,7 48,8 Op basis van de CZV analyses (%) 86,0 90,0 81,5 84,2 heid van de bij het onderzoek gebruikte mest werd vergeleken met bedrij f smest (met een vergelijkbare CZV-waarde, zie tabel I), bleek dat de methaanproduktie in beide gevallen nagenoeg hetzelfde was, nl. ongeveer 2,6 1 CH4/1 mest.
Uit deze resultaten kan worden afgeleid, dat in de praktijk bij een vergistings-temperatuur van 30 °C mag worden gerekend op een methaanproduktie van 2,5 tot 3 1 CH4/1 mest.
De methaanproduktie bij een vergistings-temperatuur van 25 °C (belasting 1,9 kg CZV/m«, dag) bedroeg 1,84 1 CH4/1 mest (tabel II). Dit is aanzienlijk lager dan de methaanproduktie van 3,13 1 CH4/1 mest, die werd gevonden in het 30 "C-experiment bij een vergelijkbare belasting van 1,6 kg CZV/m«, dag.
Uit tabel II blijkt, dat bij een verhoging van de belasting in het 30 °C-experiment de gasproduktie per eenheid mest afneemt. De verlaging van de gasproduktie is duide-lijk het gevolg van een onvollediger ver-lopen van de hydrolyse, aangezien bij een belastingverhoging de concentratie aan vluchtige vetzuren (maatstaf voor het substraataanbod voor de CH4-vormende bakteriën) en het CZV van het effluent-supernatant (maatstaf voor het substraat-aanbod voor de zuurvormende bakteriën) niet toenemen. Ook de afname van de gas-produktie bij een verlaging van de gistings-temperatuur van 30 °C naar 25 °C moet om dezelfde redenen worden toegeschreven aan een onvollediger verlopen van de hydrolyse bij 25 °C (zie tabel II).
De invloed van de belasting op de hoeveel-heid CZV, die via CH4 wordt verwijderd, is tezamen met de CZV-verwij dering bere-kend op basis van de CZV-analyses weer-gegeven in afb. 3. In tegenstelling tot de CH4-produktie blijkt de CZV-reduktie nauwelijks af te nemen bij het verhogen van de belasting. Hieruit kan wordten afge-leid, dat vaste bestanddelen van de mest worden ingevangen in het slibbed aanwezig in de opstroomreaktor. Bij toepassing van een belasting van 1,6 kg CZV/m3, dag is de slibverblijftijd in de reaktor kennelijk voldoende lang om het ingevangen materiaal te hydrolyseren en vervolgens te vergisten. Wanneer bij een belastingverhoging (of temperatuurdaling) de in de reaktor aan-wezige hoeveelheid bakteriemateriaal het aangeboden substraat onvolledige hydroly-seert, zal dit resulteren in een toename van Afb. 3 - Het zuiveringsrendement op basis van de CH/f-produktie en op basis van de CZV-analyses
bij verschillende belastingen (temp. 30 °C). De ruimte tussen de lijnen geeft de procentuele verdeling aan van de toevoer-CZV bij het gistingsproces. C Z V - reduktiel-/.) 1 0 0 T C2V invang ^ • ^ C H4 produktie CZV gas 4 5 6 7 belasting (kg C Z V / m3, d )
62
de slibproduktie per aangevoerde hoeveel-heid mest. Dit zal bij een gelijkblijvende hoeveelheid slib in de reaktor leiden tot een extra verlaging van de slibleeftijd. Zulks werd eerder al geconstateerd bij de vergisting van zuivelafvalwater [9]. De bepaling van de slibproduktie uit direkte droge stof analyses is onbetrouwbaar als gevolg van de korte duur van de experi-menten en omdat het slibgehalte over de hoogte van de reaktor kan variëren. Teneinde een indicatie te krijgen van de slibproduktie is deze berekend m.b.v. onderstaande vergelijking:
slibproduktie (g D.S./g D.S.) = D.S. toevoer (g/l) — 0,77 (CZV-methaangas + effluent in g/l)
D.S. toevoer (g/l)
In ds vergelijking wordt een omrekenings-factor van 0,77 gebruikt. Daarbij wordt er van uitgegaan, dat 1 g CZV overeenkomt met 0,77 g D.S.
De berekende slibproduktie bij verschillende procesomstandigheden is weergegeven in tabel III.
TABEL III - Berekende slibproduktie bij verschil-lende procesomstandigheden (voor berekening zie tekst). Procesomstandigheden Temperatuur (°C) Belasting (kg CZV/ m;i, dag) Slibproduktie Slibproduktie (g D.S./g D.S.) Slibleeftijd (dagen) Volume surplusslib met 6 % D.S. (in % van mesttoevoer) 30 30 30 25 1,6 4,0 6,7 1,9 0,107 0,335 0,504 0,303 ± 2 0 0 20 5,8 45 1,2 3,7 5,6 3,4
Uit de tabel blijkt, dat de slibproduktie sterk toeneemt bij het verhogen van de belasting van 1,6 kg CZV/m3, dag tot 6,7 kg C Z V / m3/ , dag. Bij een belasting van 6,7 kg CZV/m3, dag was de slib-produktie zo hoog, dat vrijwel dagelijks slib afgelaten moest worden. De snelle afname van de gasproduktie in deze periode (dag 104) is waarschijnlijk het gevolg van de korte slibleeftijd, nl. ongeveer 6 dagen. Bij een vergistingstemperatuur van ca. 30 °C moet de verblijftijd van het methaan-vormende slib minimaal 10 dagen zijn. Omdat de extra toename van de slibpro-duktie vooral het gevolg is van een onvolle-diger verlopen van de hydrolyse zal het surplus-slib niet volledig zijn gestabiliseerd.
Stankreduktie
Volgens Schaeffer e.a. [17] wordt de stank van varkensdrijfmest voor een groot ge-deelte veroorzaakt door de aanwezigheid
van vluchtige vetzuren en een aantal aroma-tische komponenten, nl. fenol, p-cresol, indol en skatol.
Er van uitgaande, dat deze komponenten ook in hoge mate verantwoordelijk zijn voor de stank van kal verdrijf mest, is het gehalte aan deze komponenten bepaald voor en na de vergisting bij een belasting van 1,6 kg CZV/m3, dag en een temperatuur van 30 °C. Uit de analyseresultaten, vermeld in tabel IV, blijkt, dat de geanalyseerde stankveroorzakende stoffen na de gisting grotendeels zijn geëlimineerd. Dit was in overeenstemming met zintuigelijke waar-nemingen.
TABEL IV - De concentratie van een aantal voor de stank verantwoordelijke komponenten in kalverdrijfmest en in anaëroob behandelde kalverdrijfmest. Kalverdrijfmest Effluent Concentratie (mg/) Azijnzuur Propionzuur Iso-boterzuur Boterzuur Iso-valeriaanzuur Valeriaanzuur Fenol p-Cresol Indol Skatol 1240 140 99 31 125 5 22,3 22,0 4,9 2,0 45 6 2 <0,1 75 <0,1 <0,1 6 <0,1 <0,1
Ervaringen met de opstroomreaktor Het werken met een opstroomreaktor heeft in deze, op laboratoriumschaal uitgevoerde experimenten goed voldaan en lijkt ook voor toepassing in de praktijk bijzonder geschikt.
Behalve vergisting vindt er ook een invang plaats van onopgeloste bestand-delen. De reaktor werkt tevens als sl'ib-stabilisatie systeem, waarin ook onopgeloste, moeilijker vergistbare, bestanddelen worden omgezet.
Bovendien wordt nog een aanzienlijke extra volumereduktie verkregen, doordat de in de opstroomreaktor gevormde slib-deeltjes aanzienlijk betere bezinkeigen-schappen bezitten dan de vaste bestand-delen in het uitgangsmateriaal Bij het begin van het 30 °C-experiment heeft er t.g.v. de lage gasproduktie waar-schijnlijk nauwelijks menging in de reaktor plaatsgevonden. Zulks kan worden afgeleid uit het feit dat na 12 dagen de vluchtige vetzuren concentratie in het effluent plot-seling sterk stijgt. Wanneer er een goede menging zou zijn geweest, dan had het gehalte aan vluchtige vetzuren al veel eerder en geleidelijker moeten toenemen. Als gevolg van de geringe vertikale door-menging heeft het ingevangen materiaal zich waarschijnlijk onder in de reaktor opgehoopt en is daardoor onvoldoende in
kontakt gekomen met het aktieve ent-materiaal.
Het is van belang in toekomstig onderzoek de invloed van menging, vooral tijdens de opstartperiode, aan een nader onderzoek te onderwerpen.
Tijdens de experimenten is geconstateerd, dat er zich een vettige drijflaag vormde, waardoor de gasaf voer via de gasklok werd belemmerd. Dit euvel werd verholpen door intermitterend mechanisch roeren (om de 20 minuten 30 sekonden roeren) op het grensvlak water-gas. Het roerelement werkt dan als een drijflaagbreker.
Energiebalans
Nu de laboratorium-experimenten een veel-belovend resultaat hebben opgeleverd, lijkt een voortzetting van het onderzoek op semi-technische schaal gewettigd. Alvorens daartoe over te gaan is het nuttig eerst een globaal inzicht te krijgen in de energie-balans — en derhalve in de economische perspektieven — van de anaerobe behan-deling.
De methaanproduktie bij een gistings-temperatuur van 30 °C bedraagt 2,5 - 3 1 CH4/1 mest. Er van uitgaande, dat methaan-gas een kalorische waarde heeft van 8600 kCal/m3, is de energieproduktie 22.630 -25.800 kCal/m3mest. Bij verbranding van het gas in een c.v.-ketel (rendement 80 %) kan de mest met het geproduceerde gas ca. 18 - 20 °C worden opgewarmd, hetgeen voor de praktijk voldoende is.
Bij omzetting van het methaangas in elek-trische energie met een rendement van 20 % zal 5,2 - 6 k W h / m3 mest worden geproduceerd. Met het koelwater van de verbrandingsmotor (overdrachtsrendement 80 %) kan men de mest 14 tot 16 °C
opwarmen. In de winter zal dit niet altijd voldoende zijn, zodat dan zonodig extra gas gesuppleerd moet worden.
Bij het opstellen van deze globale energie-balans is geen rekening gehouden met de mogelijkheid om de mest op te warmen met het effluent, waardoor een en ander gunstiger komt te liggen.
Conclusies
—• Na adaptatie van het entslib is kalver-drijfmest goed anaëroob vergistbaar. Als entmateriaal kan slib uit een slijkgisting worden gebruikt.
— Bij de vergisting van kalverdrijfmest is de hydrolyse de snelheidsbepalende stap. — Tijdens het onderzoek worden de beste resultaten bereikt bij toepassing van een belasting van 1,6 kg CZV/m3, dag en een temperatuur van 30 °C. Het mag worden verwacht, dat onder
praktijkomstandig-heden een hogere belasting toegepast kan worden.
— Het systeem van de opstroomreaktor is geschikt voor de behandeling van kalver-drijfmest. Er vindt zowel vergisting als invangst en indikking van vaste mest-bestanddelen plaats. Aldus wordt een aan-zienlijke volumereduktie verkregen. — Bij een temperatuur van 25 °C is de gasproduktie aanzienlijk lager dan bij 30 °C als gevolg van een onvollediger verlopen van de hydrolyse.
— Een globale energiebalans geeft aan, dat de methaanproduktie voldoende is om de mest op te warmen tot de gistings-temperatuur.
— De resultaten van het hier beschreven laboratorium-onderzoek wettigen een nader onderzoek op semi-technische schaal.
Literatuur
1. Landbouwcijfer 1977. Uitgave CBS/LEI. 2. Faassen, H. G. van: H20 9 (1976) 416. 3. Hobson, P. N., Bousfield, S., Summers, R.: CRC crit. Rev. environm. Control. June 1974, 131. 4. Lettinga, G., Velsen, A. F. M. van, Hobma, S.: Extern VI (1977), nr. 6, 379.
5. Mah, R. A., Ward, D. M., Baresi, L., Glass, T. L.: Ann. Rev. Microbiol. 1977, 31, 309. 6. Zeikus, J. G.: Bacterological Reviews, June 1977, 514.
7. Lettinga, G., Sar, J. van der, Ben, J. van der: H20 9 (1976) nr. 2, 38.
8. Lettinga, G., Pette, K. Ch., Vletter, R. de, Wind, E.: H20 10 (1977), nr. 23, 526. 9. Lettinga, G., Velsen, A. F. M. van: H20 7 (1974), nr. 14, 281.
10. Velsen, A. F. M van: Neth. J. agric. Sei. 25 (1977), 151.
11. Lettinga, G., Klapwijk, A., Beverloo, W. A.: Polytechnisch Tijdschrift, p. 33 (1977), nr. 1, 1. 12. Kepple, L. G.: Water and Sewage Works, april 1974, 42.
13. Stolwijk, P., Haute, A. van: H20 9 (1976) nr. 18, 338.
14. Lettinga, G., Jansen, A. G. N., Terpstra, P.: H20 8 (1975) nr. 26, 530.
15. Have, P. ten: H20 4 (1971) nr. 5, 98.
16. Versprille, A.: IBVL rapport (in voorbereiding). 17. Schaeffer, J., Bemelmans, J. M. H., Noever de Brauw, M. C. ten: Landbouwk. Tijdschr. 86 (1974) 228.
• • •
Een paar maanden geleden nodigde het Bestuur van de NVA mij uit om als oud-voorzitter en mede-oprichter van de ver-eniging iets in ons blad te willen schrijven. De uitnodiging was vlot geaccepteerd maar even vlot doemde het probleem op van de inhoud van zo'n beschouwing. Een puur historisch overzicht zou weinig zin hebben en hoort bovendien meer thuis bij een 'echte' herdenkingsdatum. In arren moede heb ik, zoals in het verleden zo vaak gebeurde met NV A-zaken, kontakt opge-nomen met mijn vriend Hulzebos, de eerste sekretaris en ook mede-oprichter van de vereniging.
Het leek ons tenslotte het beste om de problemen op het gebied van de afvalwater-zuivering die destijds een rol speelden, te vergelijken met de situatie van nu. Wat bezielt iemand om de NVA op te richten? Onthullend, zo heet dat tegen-woordig in de journalistiek, is in dit opzicht het eerste deel van het verenigingsdossier. Het begint met een geschrift van de hand van Keulemans, direkteur van Publieke Werken te Oss, en zoals hij er tussen haakjes aan toevoegt, (van een rioolwaterzuiverings-installatie en reiniging). In dit werkstuk: de organisatie rioolwaterzuiveraars, stelt hij dat in de bestaande organisaties wel het zuiveringsprobleem af en toe om de hoek komt kijken, maar dat er geen voldoende steun in is te vinden voor de beheerder van een zuiveringsinstallatie. De bedoelde organisaties waren de Nederlandse ver-eniging tegen water-, bodem- en lucht-verontreiniging, en de verenigingen van direkteuren Publieke Werken en van Reini-gingsdirekteuren.
Is het eigenlijk niet merkwaardig, zo schrijft Keulemans, dat waar in Nederland voor elke behoorlijk belangrijke groep een organisatie ter behartiging van de belangen bestaat, tot op heden een dergelijke bunde-ling van rioolwaterzuiveraars ontbreekt. Misschien, zo vervolgt hij, kan een van de redenen daarvoor gelegen zijn in de uiterst samengestelde problematiek, waarvoor zich een beheerder van een rioolwaterzuiverings-installatie geplaatst ziet.
De weinigen die zich toen daadwerkelijk met afvalwaterzuivering bezig hielden, ondervonden vereenzaming op het vak-gebied als een bekend gegeven. Slechts een enkeling kon zich veroorloven om via buitenlandse kontakten ervaringen uit te wisselen met kollegae. En daar was, wonderlijk genoeg, al ruime keuze. Het aloude Engelse Institute, de Duitse ATV, de Amerikaanse Federation of het Zwit-serse Verband.
Geen wonder dat ook bij anderen in den lande het idee rijpte om in verenigings-verband samen te gaan. Hulzebos ver-telde in de zomer van 1957, zo tijdens een
praatuurtje, aan Keulemans dat er hier en daar over een afvalwatervereniging werd gesproken maar dat er niets van de grond kwam. 'Dan richten wij die vereniging op'. Hulzebos keek zijn baas wat ongelovig aan, dat moest hij nog zien gebeuren. De voortvarendheid van Keulemans ken-nende, had hij beter kunnen weten. Enfin, hij zou het merken en nog wel zeer binnenkort ook. Onbewust was hij zich nog van het vele schrijfwerk dat uit dat alles zou voortkomen.
'Met wie kunnen we eens gaan praten', was de volgende zet. Zo kwam het dat de Osse tweemansdelegatie op een mooie herfstdag in Enschede bij mij terecht kwam. Men vond daar enig begrip!
Maar ook van elders kwamen reakties en zo kon op 10 december 1957 een eerste vergadering worden belegd van 'het voor-bereidingscomité'. Hoe klein dit groepje ook was, er waren toch al fundamentele verschillen in opvatting. Duidelijk waren er twee stromingen te onderscheiden. De ene, verwoord door Goettsch uit Uithoorn mikte op een vereniging voor technisch personeel op zuiveringsinrichtingen. Keulemans had meer de huidige NVA voor ogen met inbegrip van sekties voor klaar-meesters.
Keulemans en Hulzebos werden gevraagd om een vergadering in breder verband voor te bereiden op basis van een zeer ruim gestelde doelstelling van de vereniging. Het intelligente inzicht en het doorzettings-vermogen, gesierd met taktische plooibaar-heid, van dit tweetal stond er borg voor dat goed en wel een maand later die vergade-ring in Utrecht belegd kon worden. Wie waren daar aanwezig? Vrijwel de hele toenmalige afvalwaterwereld van Neder-land was komen opdagen, in totaal 42 per-sonen. Er waren 18 direkteuren van publieke werken of van reinigingsdiensten. Verder 19 afvalwatertechnici en 5 niet-gemeentelijke vertegenwoordigers.
Eigenlijk geen wonder dat aan zo'n, ook nog uiterst heterogeen groepje, door menigeen geen zelfstandig bestaan werd toegedacht. Er moest inderdaad wel erg veel bezieling en optimisme in je steken om toen in een bloeiende afvalwatervereniging te geloven. Zeker als je de reakties weer voor de geest komen van de pleitbezorgers voor onderbrenging van de afvalwaterbelangen bij toen reeds lang bestaande verenigingen. Zowel de Vereniging van Reinigingsdirek-teuren als de Vereniging van DirekReinigingsdirek-teuren van Gemeentewerken dongen om strijd naar de gunst van de toen nog bijkans uit-sluitend gemeentelijke waterzuiveraars. Uiteindelijk werd besloten om het comité de taak te geven om de oprichting van een vereniging voor te bereiden.
